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1. 痛點問題 高分子材料在國民經濟和社會發展的各個領域都得到了廣泛的應用。隨著越來越多的高性能、高功能性高分子新材料不斷涌現，以及在雙碳背景下高分子材料的降解回收受到越來越多的關注，都使得壽命可控的高性能材料成為重大需求，同時對材料的老化評價和準確的壽命預測手段有強烈需求。 目前的老化評價方法主要有兩種：室外自然老化和實驗室加速老化，定期取樣測試材料的性能變化。室外自然老化評價結果反映實際使用情況，但周期長達幾個月到幾年，且受氣候條件的影響不可重復。實驗室加速老化的周期有所縮短，但通常也需幾千小時以上，且由于加速老化設備不能完全模擬實際使用條件，導致評價結果常常與實際使用情況不符。 綜上，自然老化的評價周期過長，而加速老化評價不僅評價周期仍然較長，而且結果又常常存疑，嚴重阻礙了新材料投入應用的進程。 2. 解決方案 針對以上痛點問題，本項成果提出了全新思路，即通過對高分子材料老化早期產生的痕量氣相降解產物的高靈敏度檢測，來實現對老化的快速評價。并基于此開發了高分子材料老化快速評價系統，可以實現在光照、溫度、濕度、氧氣等模擬氣候條件下老化的快速評價。該系統具有如下特點： 將評價周期從幾個月~幾年縮短為幾個小時，極大地提高了材料評價的效率，對新材料的研發和應用將起到極大的促進作用。 可以實現多種老化環境因素（光/熱/氧/濕）的單獨應用或耦合應用，可以適應不同老化條件的評價需求。 樣品用量少，mg~g級，對用量極小的功能性新材料（如電子器件中的功能膜等）的穩定性評價具有突出的優點。 合作需求 目前本項目的技術成熟，希望與企業合作，開展如下工作： 1）進行產品的集成和外觀設計、針對不同細分應用領域進行系列產品開發，不斷開拓市場。 2）承接實驗室后續的開發成果，進行產品的升級開發。 3）第三方檢測：建立第三方檢測平臺，對全社會提供老化評價服務。 希望合作企業具有儀器設備的研發和生產能力。所需資金約800-1000萬元，產品開發實驗室約150-200m2。

成果創新點 團隊以加工路線圖為指導，研發能源環境為應用導向 的微孔功能膜、信息顯示為應用導向的光學膜和可持續農 業發展的功能農膜，力爭建成具有國際影響力、服務我國 高性能薄膜產品研發的基地。成果基于薄膜加工參數空間 材料基因圖譜可實現多重尺度結構精確調控，解決了行業 薄膜結構、形貌穩定性差，力學性能低，厚度波動大、產 品一致性差，成品率低，生產效率低下等關鍵技術挑戰。 技術成熟度

團隊以加工路線圖為指導，研發能源環境為應用導向的微孔功能膜、信息顯示為應用導向的光學膜和可持續農業發展的功能農膜，力爭建成具有國際影響力、服務我國高性能薄膜產品研發的基地。成果基于薄膜加工參數空間材料基因圖譜可實現多重尺度結構精確調控，解決了行業薄膜結構、形貌穩定性差，力學性能低，厚度波動大、產品一致性差，成品率低，生產效率低下等關鍵技術挑戰。 

面向大尺寸高精度陶瓷及其復合材料復雜形狀結構的成形，基于面曝光技術，開發了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關工藝。 技術特征 基于面曝光技術的陶瓷預制體成形設備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術，分辨率可提升到37.5μm，結合收縮預測技術，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發了無缺陷脫脂與燒結工藝，燒結樣件致密度可達97%。

面向大尺寸高精度陶瓷及其復合材料復雜形狀結構的成形，基于面曝光技術，開發了專用大尺寸陶瓷增材制造成形裝備及相關工藝。技術特征基于面曝光技術的陶瓷預制體成形設備可成形ZrO2、Al2O3陶瓷預制體，利用微透鏡陣列聚焦及光斑微偏移技術，分辨率可提升到37.5μm，結合收縮預測技術，大大提高陶瓷成形精度，成形尺寸達270mm×300mm×450mm，成形相對精度達到±1%，同時配套研發了無缺陷脫脂與燒結工藝，燒結樣件致密度可達97%。應用范圍:該項目研發了高精度結構陶瓷復雜結構成形的增材制造裝備，并開展了相關工藝的研究，解決了工程陶瓷材料難以成形復雜結構的難題。項目所涉及技術可成功制備低介陶瓷無源器件、仿生多孔結構與吸波超結構等，可在航空航天、衛星、雷達等領域得到廣泛的應用。

鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一。傳統的鋁合金零件通過鑄造、鍛造和粉末冶金等方法制造，與這些傳統制造過程相關的工具設備增加了制造成本和交付周期。3D打印技術由于為制造設計提供了豐富的自由度而廣泛應用于工程零件的制造。現有3D打印技術中，選擇性激光熔化（SLM）是發展最為廣泛的方法之一。但是SLM工藝中的冶金缺陷如許多裂紋、球化和氣孔導致只有有限數量的金屬適合該種工藝，且具備滿足要求的密度、微觀結構和強度。中南大學粉末冶金研究院李瑞迪研究員和新西蘭奧克蘭大學、中車工業研究院有限公司等單位合作通過對合金元素進行調控和熱處理工藝的探索，發展了一種適用于SLM制備工藝，具有良好抗裂性和高強度Al-Mg-Si-Sc-Zr合金。相關論文以題為“Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms”于4月13日在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》在線發表。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060在該項工作中，研究人員設計了一系列Al-Mg（-Si）-Sc-Zr合金，并用霧化合金粉末進行3D打印制備。在沒有Si元素的情況下，Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr（x=1.5,3.0,6.0wt.%）合金在制備過程中均易發生熱裂紋，平均裂紋密度隨Mg含量的增加而增大。發現在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋，同時細化制備合金的微結構，從而提高打印試樣的力學性能。圖1：不同成分的打印樣品晶粒尺寸和形貌EBSD分析結果：（a）1.5 wt%Mg，合金1；（b）3.0 wt%Mg，合金2；（c）6.0 wt%Mg，合金3；（d）6.0 wt%Mg+1.3 wt%Si，合金4。晶體學取向用倒極圖（IPF）表示。圖2：Mg和Si元素對試樣斷裂行為的影響。（a）不同合金成分（合金1，合金2，合金3，合金4）的拉應力應變曲線。（b-e）合金1（b）、合金2（c）、合金3（d）、合金4（e）的斷口SEM圖像。通過對合金成分的進一步微調，研究人員設計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織，由亞微米胞體和胞體中存在的共晶Al3（Sc，Zr）納米粒子（2-15nm）和粒間Al-Mg2Si共晶（Mg2Si直徑10-100nm）組成。打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相。試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后，試樣的拉伸強度達到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外，高密度層錯也有助于強化。圖3：不同組分（a1-4）合金#4；（b1-4）合金#5的SLM打印樣品的細晶區TEM圖像：（a1-2）合金4的胞狀結構；（a3-4）合金的柱狀結構；（b1-5）合金（b2）的胞狀結構是（b1）的暗場圖像；（b3-4）合金的柱狀組織#5；圖（a2），（a4），（b2）和（b4）顯示了晶間共晶組織；（b5）是SLM-printed Alloy#5細胞的干HAADF圖像和主要元素（Al、Mg、Si、Sc、Mn和Zr）的相應EDX圖譜。圖4：（a）SLM打印合金#5時效前后的拉伸應力應變曲線。曲線“#5”表示打印合金#5；曲線“#5-HT1”表示360℃時效8h的合金#5；曲線“#5-HT2”表示300℃時效8h的合金#5。（b）在合金#5-HT2斷裂處拉伸試樣的透射電鏡顯示具有高密度位錯和SFs的變形組織。（c）沿[001]方向的變形亞晶中滑移帶和滑移方向的HRTEM圖像。（d）在（-100）面上用（c）圖中標記區域的傅里葉逆變換圖像顯示出高密度位錯。這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細打印微觀組織，獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒，開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設計方法和熱處理工藝，推動了SLM制造技術的工程應用。

本發明屬于增材制造領域，并公開了一種異質多材料增材制造 系統。該系統包括關節臂機器人、打印裝置、減材裝置和監測反饋裝 置，通過采用旋轉式多噴頭切換打印裝置，以多個送絲打印機構旋轉 切換的方式進行多材料多工藝實時切換打印，實現了多材料多工藝的 高效 3D 打印成形；雙目立體視覺在線實時監測反饋裝置及時反饋加工 零部件的層層溫度信息及三維輪廓信息并與原始模型對比標定，確定 減材加工時機及相應減材加工參數。通過本發明，高精

從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。 一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 制備較低粘度、高固含量的氧化鋯漿料和優化的脫脂、燒結過程成為光固化成型技術的關鍵步驟。為解決以上問題，推動增材制造氧化鋯在口腔臨床中的應用，申報人團隊從底層材料設計出發制備性能優異的可打印氧化鋯漿料，研制快速高質量立體光固化打印系統，優化脫脂燒結工藝流程，實現機械性能優異、生物相容性極佳、美觀性良好的氧化鋯陶瓷快速、低成本打印制造。